[发明专利]衍射光波导以及具有其的显示设备

说明书

本申请公开了一种衍射光波导及显示设备，该衍射光波导的耦出光栅包括第一光栅，第一光栅具有第一、第二和第三光栅矢量，第一光栅矢量方向与耦入方向基本上一致，第二和第三光栅矢量的方向分别朝向第一光栅矢量方向的两侧并与之成锐角，第一光栅的光学单元结构的横截面轮廓具有顺次布置的第一、第二、第三和第四顶点，经过第一与第二顶点的直线及经过第三和第四顶点的直线垂直于第一光栅矢量方向，经过第一与第四顶点的直线以及经过第二与第三顶点的直线分别与第一光栅矢量方向形成夹角θ₁和θ₂，15^o≦|θ₁|≦45^o，15^o≦|θ₂|≦45^o，且θ₁与θ₂同正负号。本发明有利于改善出射光场的均匀性。

技术领域

本发明涉及基于衍射的显示技术，特别是衍射光波导以及具有衍射光波导的显示设备。

背景技术

基于衍射的显示技术近年来发展迅速，其可应用在近眼显示装置、头戴式显示装置和平视显示装置等显示装置中。衍射光波导是可以用于衍射显示技术的一种重要光学器件。一种可用于显示的衍射光波导在波导基底上设置有耦入光栅和耦出光栅；耦入光栅将载有图像信息的入射光耦入波导基底中；耦出光栅一边对载有图像信息的光进行传播和扩展，一边将光从波导基底中耦出，形成耦出光场。眼睛接收耦出光场的光，从而可以观察到入射光所载图像。

衍射光波导的耦出光栅可以采用二维光栅结构，二维光栅结构中光学单元结构通常采用横截面为圆形、矩形、菱形结构，光耦入这样的耦出光栅时会出现中间亮线，同时会导致两侧分光能量降低，不利于光能向两侧扩展，影响波导出光均匀性。

为了改善亮度和均匀性，人们又提出了在二维耦出光栅的两侧结合采用一维光栅的组合光栅。这样的耦出光栅显著提高两侧视场的耦出效率，从而提升亮度，抑制中间亮线；然而整体的出光均匀性难以令人满意。

衍射光波导的光耦出效率和出射光场的均匀性仍然亟待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种衍射光波导及其设计方法和形成方法、以及包括该衍射光波导的显示设备，以至少部分地克服了现有技术中的不足。

根据本发明的一个方面，提供了一种衍射光波导，其包括波导基板和形成在所述波导基板上的耦出光栅，所述耦出光栅用于将在所述波导基板内通过全内反射基本上沿耦入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板耦出，所述耦出光栅包括第一光栅，所述第一光栅包括沿一平面布置成阵列的多个第一光学单元结构并且具有第一光栅矢量、第二光栅矢量和第三光栅矢量，其中第一光栅矢量的方向为第一方向，并且第一方向与耦入方向基本上一致，第二光栅矢量和第三光栅矢量的方向分别朝向第一方向的两侧并与第一方向成锐角夹角，其中

所述第一光学单元结构在所述平面中观察时具有第一预定轮廓，所述第一预定轮廓具有沿周向顺次布置的第一顶点、第二顶点、第三顶点和第四顶点，其中第一顶点和第二顶点位于所述第一预定轮廓在第一方向上的一端，第三顶点和第四顶点位于所述第一预定轮廓在第一方向上的另一端，第一顶点和第三顶点为所述第一预定轮廓在垂直于第一方向的第二方向上的最外侧的顶点；

延伸经过第一顶点与第二顶点的第一直线以及延伸经过第三顶点和第四顶点的第二直线垂直于第一方向，延伸经过第一顶点与第四顶点的第三直线与第一方向形成第一夹角θ₁，延伸经过第二顶点与第三顶点的第四直线与第一方向形成第二夹角θ₂，15^o≦|θ₁|≦45^o，15^o≦|θ₂|≦45^o，且第一夹角θ₁与第二夹角θ₂同正负号。

有利地，第三直线和第四直线基本上垂直于所述第二光栅矢量或第三光栅矢量。